Efectos beneficiosos de la aplicación de yodo en plantas de lechuga sometidas a estrés salino

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1 Efectos beneficiosos de la aplicación de yodo en plantas de lechuga sometidas a estrés salino R. Leyva 1,2, E. SánchezRodríguez 2, J.J. Ríos 2, M.M. RubioWilhelmi 2, L. Romero 2, J.M. Ruiz 2 y B. Blasco 2. 1 IFAPA, Centro Camino de Purchil s/n, 18004, Granada. 2 Departamento de Fisiología Vegetal, Facultad de Ciencias, Universidad de Granada, Granada. Palabras clave: salinidad, yodato, Lactuca sativa, ajuste osmótico, estrés oxidativo Resumen Recientemente, se ha comprobado que la aplicación exógena de yodo (I) en programas de biofortificación en forma de IO 3, incrementa la capacidad antioxidante de plantas de lechuga al producir una estimulación de la actividad de las principales enzimas detoxificadoras de especies reactivas de oxígeno, al igual que existe un aumento en la concentración de ascorbato debido a que se intensifica la actividad de la enzimas envueltas en el ciclo ascorbatoglutation. Por lo que la aplicación de IO 3 podría considerarse como una estrategia beneficiosa, rápida y eficaz para combatir distintos tipos de estreses, entre ellos el salino. El objetivo fue la aplicación exógena de IO 3 sobre lechuga (Lactuca sativa L.) en dosis de 20, 40 y 80 µm sometida a un estrés salino severo (100 mm NaCl), centrándonos en el estudio de los mecanismos relacionados con la homeostasis iónica, ajuste osmótico y metabolismo oxidativo. La aplicación de dosis < 40 µm IO 3 disminuyó la concentración de Na + y Cl, potenció la concentración de sacarosa, glucosa, fructosa, glicina betaína y prolina que participan como osmoprotectores durante el ajuste osmótico, activó enzimas antioxidantes como APX, DHAR y GR, alcanzando la concentración de H 2 O 2 niveles mínimos. Así, las plantas experimentaron un aumento en su peso fresco del 15% frente a plantas estresadas no yodadas. INTRODUCCIÓN La salinidad es uno de los estreses abióticos con más incidencia a escala global, ya que limita severamente la productividad de los cultivos (Zhu, 2001). Actualmente se estima que se pierden anualmente mil hectáreas destinadas a producción agrícola, fenómeno que se agrava día a día por una fertilización excesiva y el uso de aguas de riego con alto contenido en sales (Munns y Tester, 2008). En general, los efectos perjudiciales de la salinidad sobre el crecimiento de la planta se resumen en la reducción del potencial osmótico de la solución edáfica, lo que provoca una disminución en la disponibilidad de agua para la planta, toxicidad específica de iones Na + y Cl, y en consecuencia un desequilibrio nutricional por la absorción competitiva con nutrientes como Ca 2+, K + y NO 3 respectivamente (Tejera et al., 2006), y estrés oxidativo causado por exceso de producción de especies reactivas de oxígeno como el H 2 O 2 (Munns y Tester, 2008). Entre las estrategias bioquímicas que experimenta la planta para alcanzar estos objetivos se encuentran: control en la captación iónica radicular y su transporte a las hojas, síntesis de solutos compatibles e inducción de enzimas antioxidantes (Tuteja, 2007). Recientemente, se ha comprobado que la aplicación exógena de I en programas de biofortificación en forma de IO 3, incrementa la capacidad antioxidante de plantas de lechuga

2 al producir una estimulación de la actividad de las principales enzimas detoxificadoras de especies reactivas de oxígeno, al igual que existe un aumento en la concentración de AsA debido a que se intensifica la actividad de la enzimas envueltas en el ciclo ascorbatoglutation (AsAGSH) (Blasco et al., 2010), por lo que la aplicación de I en forma de IO 3 podría considerarse como una estrategia beneficiosa, rápida y eficaz para combatir distintos tipos de estrés, entre ellos el salino. El objetivo fue la aplicación exógena de IO 3 sobre lechuga (Lactuca sativa L.) sometida a un estrés salino severo, centrándonos en el estudio de los mecanismos de resistencia y/o tolerancia adquirida que se pudieran desarrollar tras la adición de este elemento traza. MATERIAL Y MÉTODOS Para evaluar la acción de este elemento traza durante un estrés salino severo (100Mm de NaCl) sobre plantas de lechuga, la experiencia consistió en cuatro tratamientos de 100 mm de NaCl, a tres de los cuales se le aplicaron dosis crecientes de IO 3 (20, 40, 80 µm como KIO 3 ) y además se mantuvo un tratamiento control al que se le aplicó la solución nutritiva en ausencia de I y NaCl. Por lo tanto, el diseño experimental consta de cinco tratamientos, con tres repeticiones cada uno y seis plantas por tratamiento (n=9), todo ello dispuesto al azar en la cámara de cultivo bajo condiciones ambientales controladas (humedad relativa del 6080%, temperatura 22/18º C (día/noche) y un fotoperiodo 12/12 horas. Dichos tratamientos se prolongaron durante 21 días. Transcurridos 66 días, parte de las muestras foliares fueron almacenadas a 30 ºC y se destinaron a la determinación de la actividades enzimáticas APX (EC ), DHAR (EC ) y GR (EC ), y finalmente las determinaciones analíticas de ascorbato, glutation y prolina. Los elementos como K, Na y Cl y la concentración de glicina betaína se midieron en muestras liofilizadas. El estudio estadístico se llevó a cabo mediante un análisis de varianza tipo ANOVA, usando el LSD a un nivel de probabilidad de 0,05. Los niveles de significación fueron expresados como: * P < 0,05; ** P > 0,01; *** P > 0,001; n.s no significativo, cuando P > 0,05. RESULTADOS Y DISCUSIÓN El mantenimiento de la homeostasis iónica durante el estrés salino es fundamental para proteger a la planta frente a la acumulación de iones tóxicos, acumulando K + y consiguiendo concentraciones mínimas de Na + en el citosol (Zhu, 2003). Así pues, el control en la acumulación de Na +, y por tanto una elevada relación K + /Na + puede potenciar la tolerancia a la salinidad (Cuartero y FernándezMuñoz, 1999) La reducción en la acumulación de iones tóxicos logrados con la aplicación de IO 3, podría ser la razón del aumento de biomasa tan significativo que se produjo a partir de 20 µm de IO 3 (Tabla 1). La acumulación de azúcares solubles y compuestos ricos en nitrógeno como glicina betaína y prolina, tiene una correlación positiva con la tolerancia de las plantas a la salinidad al contribuir en el ajuste osmótico (Mansour, 2000). Dichos compuestos incrementaron respecto a las plantas control en todos los tratamientos que se les aplicó 100 mm de NaCl, siendo este aumento mayor en plantas, que además fueron tratadas con IO 3 (Tabla 2). Se observó un incremento de la concentración de H 2 O 2 cuando las plantas fueron sometidas a 100 mm de NaCl (Tabla 2), sin embargo con la aplicación de IO 3 se redujeron las concentraciones de H 2 O 2 en las dosis 20 µm y 40 µm de IO 3. Este H 2 O 2 puede ser sustrato de numerosas enzimas como APX, considerada una de enzimas más importantes en reducción de esta molécula reactiva (Feierabend, 2005). La actividad APX incrementó en todos los tratamientos con NaCl, encontrándose los máximos valores en las dosis 20 y 40 µm de IO 3 (Tabla 2). La actividad APX confiere una resistencia general para combatir

3 estreses (Gara et al., 2000), pero debe estar acoplada a la demanda de la regeneración de ascorbato (Foyer et al., 1994), suponiendo un incremento en los diferentes componentes del sistema antioxidante como las enzimas DHAR y GR. Así, los datos mostraron que en todos los tratamientos existe un incremento de las actividades enzimáticas DHAR y GR respecto a las plantas control, siendo más acusada en el caso de los tratamientos combinados IO 3 NaCl (Tabla 3). Ascorbato y glutation son compuestos que también actúan como antioxidantes tomando parte en el control de los niveles de H 2 O 2. Los contenidos totales de AsA y GSH de nuestro trabajo se vieron incrementados tanto con el tratamiento de 100 mm de NaCl como con la aplicación conjunta de 100 mm de NaCl y dosis crecientes de IO 3 (Tabla 3). En consecuencia, la aplicación de < 40 µm IO 3 sobre plantas sometidas a un estrés salino muestra un aumento de biomasa del 15% respecto a plantas estresadas no yodadas. Por eso se puede considerar al IO 3 como un posible elemento beneficioso que ayuda a contrarrestar los efectos perjudiciales derivados del estrés salino, al inducir la actividad de enzimas antioxidantes y/o al disminuir las concentraciones de iones que resultan tóxicos durante el estrés salino. Agradecimientos Este trabajo fue financiado por el programa PAI (Plan Andaluz de Investigación, Grupo de Investigación AGR161). Referencias Zhu, J.K Plant salt tolerance. Trends Plant Sci. 6:6671. Zhu, J.K Regulation of ion homeostasis under salt stress. Curr. Opin. Plant Biol. 6: Munns, R. and Tester, M Mechanisms of salinity tolerance. Annu. Rev. Plant. Biol. 59: Tejera NA, Soussi M, Lluch C Physiological and nutricional indicators of tolerance to salinity in chickpea plants growing under symbiotic conditions. Envioron Exp Bot 58:1724. Tuteja, N Mechanisms of High Salinity Tolerance in Plants. Plant Molecular. Methods Enzymol. 428: Blasco, B, Rios, J.J., Leyva, R., Cervilla, L.M., SanchezRodriguez, E., Wilhelmi, M.M., Rosales, M.A., Ruiz, J.M. and Romero, L Does iodine biofortification affect oxidative metabolism in lettuce plants? Biol Trace Elem Res 142: Cuartero, J. and FernándezMuñoz, R Tomato and salinity. Sci. Hort.78: Alscher, R.G., Erturk, N. and Heath, L.S Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants. J. Exp. Bot. 53: Feierabend, J Catalases in plants: molecular and functional properties and role in stresss defense. Antioxidants and Reactives Oxygen Especies in Plants. Smirnoff N (ed), pp , Blackwell Publishing, London, UK. Gara, L., Paciolla, C., Tullio, M.C., Motto, M. and Arrigoni, O Ascorbatedependent hydrogen peroxide detoxification and ascorbate regeneration during germination of high productive maize hybrids: evidence of an improved detoxification mechanism against reactive oxygen species. Physiol. Plant. 109:713. Foyer, C., Descourvieres, P. and Kunert K.J Protection against oxygen radicals: an important defense mechanism studied in transgenic plants. Plant Cell Envioron. 17:

4 Mansour, M.M.F Nitrogen containing compounds and adaptation of plants to salinity stress. Biol. Plant. 43: Tabla 1. Peso fresco y concentraciones de Cl, Na + K + y K + /Na + en plantas de lechuga sometidas a distintos tratamientos Dosis IO 3 NaCl Cl Na + K + K + /Na + (µm) (mm) mg g 1 PF (mg g 1 PS) (mg g 1 PS) (mg g 1 PS) ,53±1,34 1,90±0,02 8,44±0,08 8,58±0,16 1,02±0, ,63±0,14 6,01±0,02 11,80±0,38 8,03±0,79 0,68±0, ,82±1,34 4,98±0,10 10,24±0,39 9,95±1,10 0,96±0, ,56±1,20 5,47±0,01 8,20±0,35 7,39±0,18 0,90±0, ,80±0,46 4,83±0,29 9,32±0,25 8,30±1,76 0,88±0,18 P valor a *** *** *** n.s * LSD 0,05 3,23 0,15 0,95 3,15 0,20 ***P < 0,001. Tabla 2. Concentración foliar de osmolitos en plantas de lechuga sometidas a distintos tratamientos Dosis IO 3 NaCl Sacarosa Glucosa Fructosa Glicina Betaín Prolina (µm) (mm) (mg g 1 PF) (mg g 1 PF) (mg g 1 PF) (mg g 1 PS) (mg g 1 PF) 0 0 6,28±0,17 4,25±0,11 2,00±0,02 130,70±1,87 97,29±7, ,4±0,68 19,11±0,36 21,39±0,27 153,26±7,66 514,09±53, ,00±3,64 24,86±2,29 14,78±1,44 152,57±12,78 412,89±3, ,46±0,64 21,99±0,40 12,36±0,47 117,24±4,96 322,59±5, ,64±3,06 22,11±1,93 13,06±1,21 107,85±1,67 241,18±8,70 P valor a *** *** *** *** *** LSD 0,05 5,00 3,32 2,13 16,26 54,53 ***P < 0,001

5 Tabla 3. Concentración foliar de H 2 O 2, actividades enzimáticas APX, DHAR y GR y concentraciones de ascorbato y glutation en plantas de lechuga sometidas a distintos tratamientos Dosis IO 3 NaCl H 2 O 2 APX DHAR GR Ascorbato Glutation (A 290 min 1 m(a 265 min 1 m(a 340 min 1 m (µm) (mm (µg g 1 PF) prot 1 ) prot 1 ) prot 1 ) (mmol g 1 PF (µmol g 1 PF) 0 0 1,16±0,06 0,08±0,00 1,15±0,09 0,03±0,00 0,51±0,01 4,00±0, ,07±0,30 0,12±0,01 1,49±0,14 0,03±0,00 0,68±0,04 8,70±1, ,23±0,19 0,15±0,08 1,60±0,07 0,05±0,03 0,80±0,04 12,80±0, ,36±0,15 0,14±0,07 2,29±0,14 0,05±0,05 0,92±0,05 10,10±2, ,20±0,10 0,11±0,01 3,20±0,10 0,04±0,00 1,02±0,10 9,50±1,16 P valor a * *** * * * * LSD 0,05 0,02 0,02 0,32 0,01 0,16 3,50 ***P < 0,001.